Po raz pierwszy na arenie międzynarodowej Lilija Wasiljewa pojawiła się 27 stycznia 1996 roku w zawodach Pucharu Kontynentalnego w Krasnogorsku, gdzie zajęła 7. miejsce w biegu na 10 km techniką klasyczną. W Pucharze Świata zadebiutowała 11 lutego 1996 roku w Kawgołowie, zajmując 16. miejsce w biegu na 10 km klasykiem. Tym samym już w swoim debiucie zdobyła pierwsze pucharowe punkty. W klasyfikacji generalnej sezonu 1995/1996 zajęła ostatecznie 33. miejsce. Najlepsze wyniki w Pucharze Świata osiągnęła w sezonie 2002/2003, który ukończyła na 28. miejscu. Tylko raz stała na podium indywidualnych zawodów pucharowych - 30 listopada 2002 roku w Ruce była trzecia w biegu na 10 km techniką klasyczną.
W 2003 roku wzięła udział w mistrzostwach świata w Val di Fiemme, zajmując dziewiątą pozycję w biegu na 10 km klasykiem oraz 14. miejsce na dystansie 15 km techniką klasyczną. Były to jej jedyne występy na dużej imprezie. W 2011 roku zakończyła karierę.